水泥窑尾除尘器选型比较
新型干法水泥回转窑单线产量高, 产品质量好, 能耗低, 是国家产业政策中要求采用的水泥窑型, 其大气污染物主要有TSP (包括PM10 ) 、O2、NOX 和CO2 , 后者尚无环境质量国家标准, 本文不对其分析。废气分别从窑尾和窑头排出, 窑尾废气量大, 污染物种类较多, 温度高, 业主从运行成本和达标排放角度多倾向于采用电除尘器, 环保部门和环评单位从对环境影响和非正常排放角度多倾向于采用布袋除尘器, 而设计单位意见比较分散。
窑尾废气从C1 旋风筒出来的温度一般为320～350℃, 水分很少, 烟尘浓度60 ～80g/Nm3 , 粉尘粒径< 10μ的占90%以上, 比较细。NOX 含量为200 ～250ppm, SO2 排放浓度随原煤含硫量变化。预分解窑有60%左右的煤在分解炉内燃烧,温度830～930℃, 在此温度下, 由于水泥原料主要为CaCO3 , 其生料中大部分CaCO3 分解产生CaO, CaO (还有少量R2O) 有较强的吸硫作用,即使有部分废气不经分解炉而进入旋风予热器系统, 但气固两相充分接触, 固相中有相当数量的粉状CaO, 废气中SO2 大多被CaO吸收, 形成CaSO4(RaSO4 ) 固定在水泥熟料中。增湿塔喷水调质或降温也有吸硫作用, 而生料磨热风来自窑尾废气,进入生料磨废气中的SO2 , 被废气中的水汽与生料粉表面吸收, 因此, 预分解窑的吸硫率高达98%。
目前, 窑尾除尘器主要采用布袋和静电除尘器, 性能比较见表1。
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(1) 过去布袋除尘器设备投资偏高, 经过改进, 如果采用氟美斯滤料, 两种除尘器投资已相差无几, 若采用覆膜滤料, 布袋除尘器高25%左右。
(2) 对工况的适应性主要表现在温度和粉尘比电阻上。布袋除尘器采用喷雾或空气冷却降温,电除尘器采用喷雾调质, 降低粉尘比电阻。由于无论是布袋还是电除尘器, 喷水量和废气温度均可同步调整, 喷头耐磨性和喷雾效果都比较好, 因此,对工况的适应性都比较好。但由于电除尘器对粉尘比电阻有一个适宜范围, 如一般为104 ～1011Ω·cm, 它随温度、湿含量等变化, 而布袋除尘器没有这个问题, 温度变化只是影响布袋寿命, 对除尘基本没有影响。
(3) 布袋除尘器采用表面处理过的玻纤滤料,允许工作温度一般≤250℃ (也有≤400℃进口滤料, 价格昂贵) , 电除尘器适应范围大一些, 一般≤300～400℃。
(4) 对SO2 的适应性。由于粉尘中多为石灰石粉尘, 呈碱性, 烟气全部要从附着在布袋上的碱性粉尘通过, 有一定的吸硫作用, 相当于一定的干法脱硫, 据有关研究部门实测, 40%废气进入生料烘干磨, 其余经增湿塔降温, 全部废气进入布袋除尘器, 脱硫率为78%。废气电除尘器也有一点脱硫作用, 但作用很小, 远远不如布袋除尘器。
(5) 运行费用。采用氟美斯滤料, 布袋寿命一般为110～115a, 采用聚四氟覆膜滤料, 3 ～4a更换。而电除尘器正常运转, 极板和电晕线10a左右才更换, 每年布袋除尘器维修费用比电除尘器高2倍左右。但若按10a平均计算, 维修费用只比电除尘器高1倍左右。特别是电除尘器阻力只有200～ 300Pa, 而布袋除尘器阻力大, 为1200 ～1500Pa, 窑尾风机装机容量大, 吨熟料电耗增加4～5kW·h, 运行费用布袋除尘器高。
(6) 操作性和维修性。经过几十年的使用和改进, 两种除尘器在使用和维护方面均积累了丰富的经验, 布袋除尘器耐温性能和布袋寿命提高, 脉冲阀的总动作次数大大增加, 可随布袋阻力变化自动清灰。电除尘器在提高电晕线和极板材质, 改进直流高压电源和火化自动跟踪控制上都有不少的提高, 操作和维修性已不分上下。
(7) 稳定性。由于工况变化使粉尘比电阻变化, 因此, 尽管增湿塔喷雾能调整粉尘比电阻, 但不可能将比电阻时时调整到最适合电除尘器捕集状态, 除尘效率有一定波动。而布袋除尘器除了破袋以外, 粉尘都要经过布袋, 除尘效率是稳定的。另外, 生料磨热风来自窑尾, 一般从窑尾高温风机出口引出, 生料磨的运转率往往低于回转窑, 则生料磨常常停机, 这时窑尾废气全部直接进入除尘器,若采用电除尘器, 由于废气温度高, 粉尘比电阻大, 这时增湿塔喷水要多一些, 但喷水多经常会湿底(增湿塔底部淌水) , 所以喷水量往往不能加大, 因此, 粉尘比电阻偏大, 除尘效果下降, 这种情况在云南省新型干法窑中经常出现。这样, 生料磨的开开停停也影响到电除尘器的稳定性, 而布袋除尘器没有这个问题。
(8) 除尘效率。尽管电除尘器经过不断改进,除尘效率可达9919% , 排放浓度可< 50mg/Nm3 ,但为通过式, 细小粉尘有部分会随气流排出, 另外, 对于PM10 , 电除尘器电场截面风速为0.6 ～0.8m / s, 少量的PM10会随烟气逸出, 影响除尘效率, 特别是工况波动, 除尘效率也波动, 因此, 长期稳定保持较高效率比较困难。而布袋除尘器为过滤式, 只有很细小粉尘排出, 基本没有上述问题。而且由于针刺毡, 特别是覆膜滤料的出现, 除尘效率可达99199% , 排尘浓度< 10 ～20mg/Nm3 , 可长期稳定在< 30mg/Nm3。另外, 除尘效率从99.9% 提高到99.99%, 虽然效率只提高了0109% , 但排放量则减少了90% , 因此, 除尘效率对排放量影响很大。
(9) 非正常排放。主要是电除尘器发生爆炸的可能。电除尘器内存在火花和氧气, 尤其是开窑时, 还原气氛严重, CO 偏多, 当CO 浓度和空气混合物达到浓度1215%时, 就可能引起CO爆炸,要关闭电除尘器一段时间。当然, 发生爆炸的因素较多, 如废气中含有H2 及煤粉浓度、氧气含量等, 都会使爆炸下限降低。目前, 我国水泥回转窑烧成带耐火砖寿命仅6～10 个月, 高的达到10～12个月, 而且还有停电的可能, 因此, 每年停窑(换砖、检修、停电等) 1～3次, 电除尘器停开时只相当于沉降室, 除尘效率为50% ～60% , 即便按60%计算, 排放量占40% , 是正常排放时的400倍以上, 若每年非正常排放按2次计算, 每次4h计, 也相当于窑尾133d正常排放量, 当然, 有的厂精心操作, 可使停开电除尘器的时间大大缩短, 但大多数水泥厂做不到这点。而布袋除尘器中无火花产生, 发生爆炸的可能极小。
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